Teorie wielkiej unifikacji (GUT z
ang.
Grand Unification Theory) –
teorie
łączące
chromodynamikę kwantową
i
teorię oddziaływań elektrosłabych
. Przedstawiają one
oddziaływanie silne
,
słabe
i
elektromagnetyczne
jako przejaw jednego, zunifikowanego
oddziaływania
. Żadna z dotychczasowych teorii wielkiej unifikacji nie została potwierdzona doświadczalnie.
Teorie wielkiej
unifikacji
wskazują nowe
symetrie
między
cząstkami elementarnymi
, co pozwala je traktować jako różne przejawy jednej cząstki. Większość teorii postuluje istnienie nowych cząstek (dotychczas nieodkrytych), takich jak
bozony X
i
Y
, i nowych procesów zachodzących z ich udziałem.
Wspólną cechą teorii wielkiej unifikacji jest przewidywanie
rozpadu protonu
. Nie zaobserwowano dotychczas tego procesu. Wynika stąd, iż czas życia protonu powinien być co najmniej rzędu 1032 lat.
Motywacją teorii wielkiej unifikacji jest potrzeba uproszczenia grupy symetrii
Modelu Standardowego
: SU(3)xSU(2)xU(1). Jest ona iloczynem tensorowym grup symetrii chromodynamiki SU(3) i teorii oddziaływań elektrosłabych (
Teorii Małej Unifikacji
) SU(2)xU(1). Posiada ona trzy parametry, których zależności nie mają żadnego wyjaśnienia teoretycznego. Teorie wielkiej unifikacji zakładają, że symetria ta jest odbiciem większej symetrii, która została
złamana
we wczesnych etapach istnienia
Wszechświata
.
Grupa
tej symetrii tłumaczy związki pomiędzy parametrami Modelu Standardowego.
Najprostsza teoria wielkiej unifikacji uogólnia grupę SU(3)xSU(2)xU(1) do grupy SU(5). Inne teorie opisują grupy: SU(4)xSU(4), SO(10).
Teoretycy poszukują wciąż teorii, która unifikowałaby elektromagnetyzm, oddziaływania słabe, silne oraz
grawitację
. Unifikacja grawitacji z innymi oddziaływaniami wymaga stworzenia nowego aparatu matematycznego.
Algebry
takich teorii nie są grupami lecz superalgebrami i opisują symetrię zwaną
supersymetrią
.